EPID在頭頸部腫瘤放療擺位中的應用

王驍踴，鐘亞華，劉暉，肖智志，江舟

武漢大學中南醫院 放化療科，湖北 武漢 430071

EPID在頭頸部腫瘤放療擺位中的應用

王驍踴，鐘亞華，劉暉，肖智志，江舟

武漢大學中南醫院 放化療科，湖北 武漢 430071

目的 確定電子射野影像系統（EPID）對頭頸部放療患者位置誤差的修正效果。方法 應用EPID對40例頭頸部放療患者的擺位誤差進行測定分析。初次治療前和以后每兩周通過兆伏級EPID對患者治療位置采集正交位射野驗證影像，并與治療計劃中通過定位CT生成的數字重建射野（DRR）影像進行比對，醫生認可比對結果后，記錄下各方向擺位誤差值。結果 患者在x軸、y軸、z軸（x軸、y軸、z軸分別表示患者左右、前后和頭腳方向）上的誤差（系統誤差±隨機誤差）分別為（0.7±1.33）mm，（0.28±1.74）mm，（0.13±1.29）mm；EPID驗證結果和kVCBCT驗證結果在y軸、z軸方向無顯著差異（P=0.859），在x軸方向有顯著差異（P=0.000）。結論 在頭頸部放療時，EPID系統可以修正患者的位置誤差。

頭頸部腫瘤；電子射野影像系統；擺位誤差

隨著外照射精確治療技術的發展，患者治療位置的精確性越來越成為治療的關鍵[1]。對患者治療位置的影像驗證成為臨床放療質量保證的主要內容之一[2]。電子射野影像系統（Electronic Portal Imaging Device，EPID）和錐形束CT（CBCT）分別通過采集患者治療位置的二維正交平片和三維錐形束CT影像來完成對患者治療位置的修正。由于CBCT能獲得更多的影像學信息，其在臨床應用中越來越受到青睞。筆者認為在頭頸部腫瘤放射治療中，EPID足以修正患者的位置誤差，并且在圖像采集和配準時間上有一定的優勢。為此，2014年5月，我科應用Varian IX直線加速器所配置的電子射野影像系統（EPID），對40例頭頸部腫瘤患者進行了每兩周一次的放射治療前的位置驗證和修正，并和我們之前應用kV-CBCT的研究進行了比較。

1 材料和方法

1.1 一般資料

頭頸部腫瘤患者40例，其中鼻咽癌患者29例，鼻腔NK/T患者7例，喉癌患者4例；患者最小年齡28歲，最大年齡75歲，中位年齡53歲。

1.2 治療方法

患者采用仰臥位，采用Medtic碳纖維頭頸肩體架和科萊瑞迪頭頸肩一體熱塑膜固定，擺位標記標于熱塑膜表面。

所有患者均采用Varian Eclipse 10.0計劃系統設計調強放射治療計劃；在計劃中專門設計0°和90°兩個正交擺位驗證野；所有患者均在Varian IX治療機上進行治療；患者初次治療時和以后每間隔一周均需采集EPID正交位影像進行擺位誤差驗證和校正（患者知情且同意）。

1.3 驗證圖像采集及比對

技師完成擺位后，使用MV EPID對患者進行擺位驗證[3]。在采集0°和90°兩個正交擺位驗證野影像后（采用雙曝光法拍攝正側位照射野驗證片，先按10 cm×10 cm照射野曝光2 MU，然后將照射野四周邊界適當擴大5 cm，再次曝光3 MU），由技師在2D/2D Match模式下根據骨性標志自動進行驗證影像和計劃數字重建射野（Digital Reconstructed Radiography，DRR）影像的匹配；醫生認可后，保存結果并記錄x軸、y軸、z軸（x軸、y軸、z軸分別表示患者左右、前后和頭腳方向）各方向的位置誤差，如果誤差＞3 mm，醫生需重新標記擺位標記。

1.4 統計方法

采用SPSS 19.0軟件進行統計分析。采用單因素方差分析對EPID驗證結果和kV-CBCT驗證結果進行比較分析。

2 結果

本研究共對40例頭頸部腫瘤患者進行了160次EPID影像采集。

（1）患者在x軸、y軸、z軸上的誤差（系統誤差±隨機誤差）分別為（0.7±1.33）mm，（0.28±1.74）mm和（0.13±1.29）mm。通過公式[4-5]MPTV=2.5Σ+0.7σ，計算得出頭頸部腫瘤放療患者在x軸、 y軸、z軸方向上的擴邊值，見表1。

（2）x 軸系統誤差最大，y軸次之，z軸最小，見表1。

（3）患者在x軸、y軸、z軸上的誤差頻次分析：x軸、z軸位置誤差95%以上發生在3 mm范圍內，而y軸則超出3 mm，見表2。

（4）通過比較分別由EPID和kV-CBCT得來的頭頸部腫瘤放療患者的位置誤差數據[6]發現：兩者在y軸、z軸方向上無顯著差異，而在x軸方向上有顯著差異，見表3。

3 討論

放射治療的核心原則之一是在提高靶區劑量的同時給予周圍臨近器官最大的保護[1]。在這一核心原則的推動下，以三維適形調強放射治療技術為代表的精確放療得到了普及[7]。

放射治療的效果不僅取決于直線加速器的機械精度，還決定于治療時患者的擺位精度以及重復性。研究表明[8]：每1 cm擺位誤差會導致6 mm周邊靶區丟失；同時也可能導致危及器官卷入高劑量照射區域內，造成嚴重并發癥或后遺癥。因此，患者的擺位精度以及重復性一直以來都是業界關注的重點。

圖像引導放射治療（IGRT）技術是近些年發展起來的，可用于糾正患者擺位誤差以及監測患者擺位重復性的新技術。通過對實際治療時的患者影像與模擬定位時的患者影像進行比較，來實現對患者擺位誤差的糾正和患者擺位重復性的監測。IGRT技術通常采用EPID系統和kV-CBCT系統獲取患者實際治療影像。EPID系統通過獲取患者治療位置的多幅二維影像完成圖像引導工作；kV-CBCT系統則是通過獲取患者治療位置的CT影像來完成圖像引導工作。相對于EPID影像，kV-CBCT影像可提供更豐富的患者解剖信息以及更高的軟組織分辨率[2]，在目前的臨床使用上，kV-CBCT受到更多用戶的青睞。

本研究通過應用EPID系統對40例頭頸部腫瘤放療患者的擺位誤差進行了測定分析。分析發現x軸系統誤差最大，y軸次之，z軸最小。x軸、z軸位置誤差95%以上發生在3 mm范圍內，且誤差值均發生在5 mm范圍內；而y軸則超出3 mm，且最大誤差可達7 mm。這和我們計算得來的靶區外擴邊界值（MPTV）有一定出入，筆者認為是由于y軸方向隨機誤差相對較大照成的。

本研究中將EPID測定結果與kV-CBCT對頭頸部腫瘤放療患者擺位誤差的測定結果進行了比較。兩個系統的測量結果在y軸、z軸方向上無顯著差異，而在x軸方向上有顯著差異。對x軸方向的誤差值進行了分析：EPID系統測量的誤差值為（0.7±1.33） mm；kV-CBCT系統測量的誤差值為（－0.7±1.40） mm[6]。通過比較不難發現，兩種系統的測量誤差在x軸方向上有顯著差異，是由于系統誤差的方向性導致的。EPID和kV-CBCT作為不同的影像驗證系統有不同的影像中心，也有各自不同的圖像配準方式，這些都是導致x軸方向有顯著差異的原因。進一步對分別通過EPID和kV-CBCT獲得的x軸方向上的外擴邊界值進行了比較，發現兩種方法獲得的外擴邊界值（MPTV）分別為2.41 mm和2.38 mm[6]；而在x軸方向上實際選擇外擴邊界值時，我們結合誤差出現的頻次關系采用的值是3 mm[6]。顯然兩種系統對x軸方向上的擺位誤差修正均可以滿足臨床要求。

總體來說，在頭頸部放療中，EPID和kV-CBCT對患者位置誤差的修正效果基本是相同的。這主要是由于對于頭頸部腫瘤，靶區以及危及器官的內部運動很輕微，基本可以看做是剛性結構，通過骨性標志就可以完成擺位誤差的修正。EPID影像在獲取骨性標志信息上并不比kV-CBCT差。

本研究還對EPID以及kV-CBCT完成圖像引導工作的時間進行了比較。EPID完成圖像引導工作的平均時間為2.5 min，而kV-CBCT完成圖像引導工作的平均時間約為5.3 min，是EPID系統的兩倍多。

最后，EPID最大的優點是影像中心和治療的等中心重合。而kV-CBCT由于圖像采集系統和治療系統是分離的,需要進行影像中心和治療等中心的校準，因此增加了誤差的來源。

總之，在頭頸部腫瘤的放射治療中，EPID能夠滿足臨床對患者位置誤差修正的需要。相較于kV-CBCT，EPID臨床應用花費時間短；其圖像采集系統和治療系統共中心，可減少誤差的來源。因此，EPID系統在頭頸部腫瘤的放射治療中應得到更多應用。

[1] 胡逸民.腫瘤放射治療物理學[M].北京:原子能出版社,1999:9.

[2] 夏邦傳,徐子海,廖福錫,等.基于CT-ON-RAIL系統開展的圖像引導自適應放療研究進展[J].中國醫療設備,2013,28(1):62-65.

[3] 王永剛,陳宏,劉躍,等.不同匹配方式對鼻咽癌IGRT擺位誤差的影響[J].現代腫瘤醫學,2010,18(4):688-689.

[4] van Herk M,Remeijer P,Lebesgue JV.Inclusion of geometrical uncertainties in treatment plan evaluation[J].Int J Radiat OncoI Biol Phys,2002,52(5):1407-1422.

[5] van Herk M.Errors and margins in radiotherapy[J].Semin Radiat Oncol,2004,14(1):52-64.

[6] 王驍踴,劉暉,謝叢華,等.鼻咽癌臨床靶區及危及器官計劃體積的確定[J].武漢大學學報(醫學版),2013,34(6):866-871.

[7] 姜萬榮,朱錫旭.放射腫瘤學技術進展[J].現代腫瘤醫學,2012, 20(4):859-862

[8] Baiter JM,Chen GT,Pelizzari CA,et a1.Online repositioning during treatment of the prostate：a study of potential limits and gains[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1993,27(1):137-143．

Application of EPID in Radiotherapy Positioning for Head and Neck Cancer

WANG Xiao-yong, ZHONG Ya-hua, LIU Hui, XIAO Zhi-zhi, JIANG Zhou
Department of Radiotherapy and Chemotherapy, Zhongnan Hospital of Wuhan University, Wuhan Hubei 430071, China

Objective To explore the effect of electronic portal imaging device (EPID) in the correction of set-up errors in the radiotherapy of patients with head and neck cancer. Methods The set up errors in the radiotherapy of 40 patients with head and neck cancer were measured and analyzed with EPID. Portal images of orthogonal radiation fi elds located at the therapy positions of patients were collected by MV EPID before radiotherapy and every two weeks after radiotherapy. Then the portal images were compared with digital reconstructed radiography (DRR) images generated by CT positioning. Based on the recognition of the doctor on the comparison results, the set-up errors in various directions were recorded. Results The set-up errors in x axis、y axis and z axis were (0.7±1.33) mm, (0.28±1.74) mm and (0.13±1.29) mm, respectively. There was no signif i cant difference between verif i cation results of EPID and those of kV-CBCT in terms of set-up errors in y axis and z axis (P=0.859) while there were signif i cant differences between verif i cation results of EPID and those of kV-CBCT in terms of set-up errors in x axis (P=0.000). Conclusion EPID can effectively correct the set-up errors in the radiotherapy for head and neck cancer.

head and neck cancer; electronic portal imaging device; set-up error

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.042

1674-1633(2014)11-0124-02

2014-08-29

2014-10-10

本文作者：王驍踴，物理師。

鐘亞華，副主任醫師。

作者郵箱：wangxy_06@hotmail.com